【摘要】：KDP晶體作為ICF激光驅(qū)動(dòng)器中的倍頻元件,需要承受高通量的紫外激光輻照,在實(shí)際應(yīng)用中極易發(fā)生損傷,成為了限制負(fù)載通量的一個(gè)重要因素。因此,KDP晶體的損傷問題成為人們密切關(guān)注且迫切解決的問題。目前對KDP晶體的損傷研究,主要側(cè)重于元件損傷的靜態(tài)形貌分析,尚無足夠的支撐KDP晶體損傷動(dòng)力學(xué)過程研究的清晰,完整且系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。開展KDP晶體激光誘導(dǎo)下的損傷力學(xué)響應(yīng)行為的研究,對于晶體損傷動(dòng)力學(xué)的探索和損傷模型的建立具有重要意義。本文設(shè)計(jì)并搭建了泵浦—探測法和干涉測量相結(jié)合的納秒級時(shí)間分辨成像系統(tǒng),用于獲取KDP后表面激光損傷過程的動(dòng)態(tài)行為圖像。針對355 nm納秒脈沖激光作用在KDP晶體后表面產(chǎn)生的沖擊波和材料噴濺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,給出了激光誘導(dǎo)等離子體沖擊波、電子密度以及材料噴濺的空間分布和時(shí)間演化行為規(guī)律。實(shí)驗(yàn)中的激光通量設(shè)置在實(shí)際工程應(yīng)用中的常規(guī)運(yùn)行通量范圍4-8J/cm2,晶體后表面輻照光斑大小選擇在2 mm量級。本文研究結(jié)果表明:紫外激光誘導(dǎo)KDP晶體后表面損傷時(shí),產(chǎn)生速度迅速下降的沖擊波,點(diǎn)爆炸模型可適用于缺陷誘導(dǎo)沖擊波的發(fā)展情形,并依此得到?jīng)_擊波在軸向和徑向的傳播速度;通過干涉條紋的偏移量,計(jì)算得到?jīng)_擊波和等離子體的折射率分布及電子密度分布,結(jié)果表明等離子體導(dǎo)致的折射率改變量在10-4量級,對應(yīng)自由電子密度為1018/cm3量級;時(shí)間分辨圖像很清晰地展示了噴濺隨時(shí)間發(fā)展的演化階段,起初幾百ns過程中噴濺隨著沖擊波一起擴(kuò)散,主要形態(tài)為細(xì)小粉末,10μs延時(shí)下后表面有大顆粒噴濺物出現(xiàn),一直持續(xù)到幾百微秒后噴濺過程結(jié)束;同時(shí)總結(jié)了多發(fā)次激光作用下的晶體后表面噴濺行為發(fā)展規(guī)律,主要受缺陷誘導(dǎo)機(jī)理作用;對多發(fā)次損傷造成的噴濺距離進(jìn)行了觀察和分析,總結(jié)了噴濺物的尺寸和噴濺距離隨發(fā)次的增長規(guī)律。本文給出了KDP晶體后表面在激光損傷過程中的力學(xué)響應(yīng)動(dòng)態(tài)行為的空間發(fā)展和時(shí)間演化規(guī)律,為進(jìn)一步建立紫外損傷動(dòng)力學(xué)模型,揭示KDP晶體紫外損傷機(jī)理提供實(shí)驗(yàn)參考,為工程上的實(shí)際應(yīng)用提供支持。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN249
【圖文】：

1.2 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析自從激光引入到工程應(yīng)用中，激光的損傷問題就一直被人們密切關(guān)注。1964年 C.R.Giuliano 首次對激光誘導(dǎo)光學(xué)材料的損傷機(jī)理進(jìn)行了研究[10]。研究的初期把關(guān)注點(diǎn)放在損傷過程結(jié)束后的靜態(tài)檢測，分析激光參數(shù)對造成的損傷形態(tài)的影響；之后由于電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和時(shí)間分辨技術(shù)的進(jìn)步，人們開始著重于研究損傷的動(dòng)態(tài)行為過程。1.2.1 激光損傷特征與機(jī)理的研究現(xiàn)狀2005 年的美國 Lawrence Livermore National Laboratory 的 C. W. Carr，M.D. Feit 等人給出了 KDP 晶體損傷的基本形貌特征，研究了激光參數(shù)(包括脈沖波形、脈沖持續(xù)時(shí)間、波長和通量)對 KDP 晶體損傷密度和損傷尺寸大小的影響[11]。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 pinpoint 的密度強(qiáng)烈依賴于激光通量，脈沖波形，持續(xù)時(shí)間和波長，其中對波長有高的靈敏度，而 pinpoint 的大小對波長不敏感，只與激光通量有關(guān)。下圖 1-1 是分別在明場顯微鏡、SEM 掃描電鏡和 2D 拉曼光譜儀中觀察得到的針尖損傷的圖像。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文年美國 Lawrence Livermore National Laboratory 的 P. 等人進(jìn)一步分析了 KDP 晶體的損傷形態(tài)特征及其與激擬頻率轉(zhuǎn)換晶體在工程上實(shí)際工作的情況，他們考慮在損傷實(shí)驗(yàn)[12]。實(shí)驗(yàn)中使用脈寬為 4 ns 的 532 nm 激光和m紫外激光，使用 He-Ne 光照射晶體的損傷區(qū)域，散射光損傷點(diǎn)的大小和個(gè)數(shù)，圖 1-2 為實(shí)驗(yàn)裝置圖。圖 1-3 是在激光單獨(dú)和共同作用下的損傷行為的差異，可以看出，下產(chǎn)生的損傷點(diǎn)密度是遠(yuǎn)大于任一單獨(dú)波長的激光輻照

光和 355 nm激光單獨(dú)和共同作用下的損傷行為的差異，可以看出，在兩種波長的激光輻照下產(chǎn)生的損傷點(diǎn)密度是遠(yuǎn)大于任一單獨(dú)波長的激光輻照下的損傷點(diǎn)密度。圖 1-2 P.DeMange 和 R.A.Negres 的部分實(shí)驗(yàn)裝置圖[12]

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2793338